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谐波减速器传动精度通用测试平台设计与实现

作　者: 李伟勇
导　师: 李传江
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 谐波减速器 传动精度 单轴伺服转台 数据管理系统
分类号: V416.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


谐波减速器作为一种减速传动设备,在各类航天器的驱动机构中得到了越来越广泛的应用,随着航天器对谐波减速器的性能指标提出了越来越高的要求,研制高精度的谐波减速器测试系统和设备便成为一种现实需要。目前,在承担某研究所的实际科研项目中,需要研制可适用于多种型号谐波减速器的高精度、全自动谐波减速器传动精度通用测试平台。本文以此为背景展开研究工作,从系统设计和工程实现两个方面,对谐波减速器传动精度测试台进行了深入的研究,主要完成以下几方面的工作:首先,本文根据测试台的功能和技术指标要求,进行平台系统的总体方案设计,确定测试平台系统的组成;从总体上论述了测试台的机械机构,光学测量系统的测角原理以及光学测角元件的选取,着重分析了测试平台与各子系统的接口通讯。其次,在分析比较常用转台系统测角方案的基础上,选择粗精耦合双通道转台测角方案,并选取轴角变换器AD2S80A进行测角信号的数模转换,根据粗精耦合原理,确定了测角信号粗精耦合判别法则;详细分析了激磁电源的具体设计过程,在此基础上完成了转台整个测角电路的设计;此外,通过实验结果分析验证转台测角方案。接着,针对单轴伺服转台控制系统的动态指标要求,进行了基于DSP的转台控制系统方案设计。基于控制对象的数学模型,采用经典控制策略对转台系统进行校正设计,仿真结果分析表明,经典PID对于具有良好数学模型的控制对象可以有效控制,完全满足工程实际需要的控制精度和动静态性能。此外,完成了转台控制系统的硬件设计和实现。最后,选择VC++技术编写测试台控制软件,采用模块化设计方法进行测试台数据管理系统设计,基于对数据管理系统的功能分析,阐述了数据管理系统的工作原理和流程;重点分析了数据管理系统采用MSComm控件和ProEssential控件对测试数据的分析和处理,并给出了软件设计结果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-20
  1.1 课题来源及研究目的和意义  10-12
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 研究目的和意义  10-12
  1.2 谐波减速器概述  12-15
    1.2.1 谐波齿轮传动的基本原理  12-14
    1.2.2 谐波减速器的传动精度  14-15
  1.3 谐波减速器传动精度测试的研究现状  15-18
    1.3.1 谐波减速器传动精度测试的理论研究  16-17
    1.3.2 谐波减速器传动精度测试仪器的研究现状  17-18
  1.4 测试台主要技术指标和主要研究内容  18-20
    1.4.1 测试台的功能和技术指标  18-19
    1.4.2 课题主要研究内容  19-20
第2章 测试平台系统方案设计  20-32
  2.1 测试平台系统组成  20-21
  2.2 光学测量系统  21-25
    2.2.1 光学测角原理  22-23
    2.2.2 光学测角元件的选取  23-25
  2.3 工作台机械结构  25-28
  2.4 测试平台与各个子系统的接口分析  28-31
    2.4.1 转台系统数据接口  28-29
    2.4.2 自准直仪数据接口  29-30
    2.4.3 数据管理系统数据接口  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 转台测角系统设计与实现  32-48
  3.1 转台测角系统组成  32-33
  3.2 测角系统工作原理  33-36
    3.2.1 感应同步器工作原理  33-35
    3.2.2 粗精耦合原理  35-36
  3.3 激磁电源设计  36-43
  3.4 基于AD2S80A的测角电路设计  43-44
  3.5 实验结果分析  44-47
  3.6 本章小结  47-48
第4章 基于DSP的转台控制系统设计  48-64
  4.1 转台控制系统的总体分析  48-49
  4.2 转台控制系统的数学模型  49-51
    4.2.1 电机的数学模型  49-51
    4.2.2 功放的数学模型  51
    4.2.3 测角元件的数学模型  51
  4.3 转台系统PID控制器设计  51-55
    4.3.1 速度环的PID控制器设计  52-54
    4.3.2 位置环的PID控制器设计  54-55
  4.4 基于DSP的控制器硬件设计  55-63
    4.4.1 电源模块设计  56-57
    4.4.2 F2812 最小系统设计  57-59
    4.4.3 通讯接口电路设计  59-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章 测试台数据管理系统  64-77
  5.1 数据管理系统功能分析  64
  5.2 数据处理与分析  64-68
    5.2.1 对软件界面输入数据的处理  65
    5.2.2 向控制器发送数据时的转换  65-66
    5.2.3 转台运行速率的计算  66-67
    5.2.4 传动比的计算  67
    5.2.5 传动比的分析  67-68
  5.3 软件模块设计  68-74
    5.3.1 软件的主要模块  68-69
    5.3.2 系统工作流程设计  69-71
    5.3.3 数据采集卡接口通讯  71-73
    5.3.4 串行数据接口通讯  73
    5.3.5 图形显示  73-74
  5.4 软件设计结果  74-76
  5.5 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-83
致谢  83-84

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 基础理论及试验 > 航天器地面试验 > 各种试验设备和仪器
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